[发明专利]用于多阶相变化存储器的电流顺从感测架构

说明书

共同研究协议的主体

美国纽约州的国际商业机器(IBM)公司、台湾的旺宏电子股份有限公司以及德国的英飞凌公司为共同研究协议的主体。

技术领域

本发明涉及以相变化存储材料为基础的高密度存储装置，并且尤其涉及该装置的感测电路。

背景技术

以相变化为基础的存储材料被广泛地运用于读写光碟片中。这些材料包括有至少两种固态相，包括一非晶态的固态相以及结晶态的固态相。激光脉冲用于读写光碟片中，来做相的切换，并读取此种材料于相转换之后的光学性质。

如硫属化物及类似材料的此等相变化存储材料，可通过施加其幅度适用于集成电路中的电流，而致使晶相转换。一般而言非晶态的特征其电阻高于结晶态，此电阻值可轻易测量得到而用以作为指示。这种特性则引发使用可编程电阻材料以形成非易失性存储器电路等，此电路可用于随机存取读写。

非晶态与结晶态相之间的调变是通过控制相变化材料的受热程度而实现的。举例而言，从非晶态相调变到结晶态相是将其加热到介于相变化材料的玻璃转换温度及熔化温度之间。这称为「设置」，发生在相对较低的电流作用期间。从结晶态调变为非晶态则称为「重置」，发生在相对较高的电流作用期间，相变化材料可能会处于短高电流密度脉冲，以熔化或分解结晶态结构，使得相变化结构的至少一部份在常温下稳定于非晶态相。通过控制相变化元件材料的结晶态及非晶态量，则可能在此元件中建立多重存储状态，包含重置状态(在元件的有效区实质呈全非晶态相)、一或多个中继状态(材料的有效区形成非晶态相与结晶态相的混合状态)以及设置状态(材料的有效区形成实质呈全结晶态相)。

在读取作业期间，相变化材料被施加一读取脉冲，以决定存储元件表示相变化材料是处于设置状态、重置状态或中继状态的电阻值。然而，理想的情况下，读取作业期间，可选择适当的读取脉冲，使得相变化材料的非晶态及晶态相的相对数量并不会受到影响。

发明内容

本发明的目的涉及存储装置及读取该存储装置的方法，包括具有与其相关的数据状态的相变化元件，其特征在于当读取电流存在时，会维持相变化元件的数据状态的一致性。具体而言，读电流可在相变化元件中产生足够的热源，改变其物理特性。这可能使数据状态改变，或可能需要感测扩大感测范围以便检测数据状态。本发明的实施例的存储装置包含具有相变化元件的存储单元，其相变化元件具有与其相关的数据状态，并耦接一位线及一字线。感测放大器定义感测节点。电路选择性地放置位线以与感测节点作数据通信，以定义所选位线。电流源产生读取电流，切换器选择性施加读电流到感测节点。逻辑与感测节点作电通信以控制读取电流存在时相变化材料的总能量，使数据状态保持一致。读取周期所施加的总能量是从一个恒定的电流源施加读取电流的脉冲，使得读取电流脉冲具有实质一致的幅度，其具有回应相变化元件的电阻所控制的脉冲宽度。

附图说明

图1是本发明的集成电路装置的框图；

图2是图1所示的代表性存储阵列的部份示意图；

图3是适用于图2的阵列的存储单元对的结构的剖面图；

图4是本发明的一实施例中感测结构的电路示意图；

图5是图4所示的感测结构的实施例的相变化元件的四种不同的数据状态的读取致能信号、位线电压信号及位线读取电流的相对时序的时序图；

图6是第一替换实施例的感测结构的电路示意图；

图7是本发明的第二实施例的感测结构的电路示意图；

图8是本发明的第三实施例的感测结构的电路示意图；

图9是绘示不同读电流中相变化元件的电阻改变及相变化元件的电压下降的改变间的关系图；

图10是绘示不同电阻的相变化的时间与相变化元件的电压下降改变的关系图；

图11是显示时间与不同电容的位线的电压改变的关系图；

图12是本发明的第四实施例中图2所示的存储单元的电子示意图。

【主要元件符号说明】

10             电路

12             存储阵列

14             字线解码器

16             字线

18             位线解码器

20             位线

22             汇流排

24             感测放大器以及数据输入结构

26             数据汇流排

28             数据输入线